Материал: Разработка двигателя на базе дизеля 6ЧНР 36/45 (Г70) с лучшими удельными показателями

 - диаметр цилиндра

Бобышки:

4.1.2 Расчет поршневого пальца

Наибольшее распространение получили плавающие пальцы, подвижные в бобышках поршня и в поршневой головке шатуна. Поршневой палец подвергается воздействию сил, переменных по величине и направлению. Эти силы подвергаю поршневой палец переменному изгибу и овализации. Материал пальца работает на усталость.

Недопустимая овализация поршневого пальца может приводить к трещинам в бобышках поршня и к продольным трещинам в стержне шатуна. Для повышения износостойкости и прочности пальцы изготавливают с вязкой сердцевиной и твёрдой поверхностью (цементированные и закалённые стали 15, 15Х, и 20ХН, с поверхностной закалкой ТВЧ стали 40, 45, 45Х и 40ХН, азотированные стали 18ХНВА). Для повышения усталостной прочности наружная поверхность пальца, а иногда и внутренняя, тщательно полируются. Принимаем Сталь45Х.

- длина, плавающего пальца

 - внутренний диаметр пальца

 - наружный диаметр пальца

 - длина втулки шатуна

- расстояние между бобышками

бобышек.

Напряжение в поршневом пальце от изгиба имеет максимальное значение в середине длины пальца:

Допускаемое значение напряжений: ,

где -относительная величина отверстия в поршневом пальце.

Инерционная сила:

,

Расчетная сила, действующая на поршневой палец:

_z = p_z*F_п = 10 * 0,1067 = 1,067 МН

Расчетная сила:

k - коэффициент, учитывающий массу поршневого пальца. k= 0,68…0,81

Касательные напряжения среза в сечениях между бобышками и головкой шатуна:

Допускаемое значение напряжений:

Проверка на овализацию:

Наибольшее увеличение горизонтального диаметра пальца при овализации:

м

Величина овализации не должна превышать:

4.1.3 Расчет прочности поршневого кольца

Кольца прижимаются к стенкам цилиндра силами собственной упругости и давления газов. Верхнее поршневое кольцо работает в условиях высокой температуры и недостаточной смазки. В период сгорания удельное давление между кольцом и втулкой цилиндра, вызываемое газовыми силами, в 40 - 70 раз превосходит удельное давление от сил собственной упругости. В зоне этого кольца имеет место наибольший износ цилиндра. Повышение износостойкости достигается увеличением радиальной толщины (ограничиваемой напряжениями в кольце), применением для верхних поршневых колец пористогохромирования, а также напылением карбидохромомолибденового покрытия.

Поршневые кольца изготавливают из стали и чугуна специальных марок.

В цилиндре двигателя поршневое кольцо находится в сжатом состоянии, а при надевании его на поршень оно разводится. В том и другом случае в поршневом кольце действуют напряжения изгиба.

Расчёт кольца проводится с равномерным распределением давления по цилиндру.

Зададимся следующими параметрами:

 - зазор в замке в свободном состоянии

- зазор в замке после установки

- радиальная толщина кольца

- высота кольца

Напряжение в сечении противоположном замку

в рабочем состоянии:

где,  - деформация замка в рабочем состоянии

Рис. 6 Расчет поршневого кольца.

- условный модуль упругости

Напряжение изгиба кольца при надевании

- деформация кольца

при надевании

Удельное давления кольца на стенку цилиндра

Допускаемое удельное давления

В среднем принимают значение . Экспериментальные исследования колец показывают, что величина удельного давления кольца на стенки цилиндра не является одинаковой по длине кольца. Она изменяется в зависимости от положения замка кольца и, особенно от степени изношенности кольца и рабочей втулки цилиндра.

4.1.4 Расчет коленчатого вала

Коленчатый вал с присоединёнными к нему вращающимися частями представляет собой систему, подверженную крутильным и изгибным колебаниям, вызванным периодически действующими силами и моментами. Крутильные и изгибные колебания увеличивают напряжения в коленчатом валу.

Требования, предъявляемые к коленчатым валам:

-         надёжность работы на всех эксплуатационных режимах;

          прочность, жёсткость, износостойкость при минимальной массе;

          обеспечение необходимого ресурса до капитального ремонта;

          высокая точность изготовления, твёрдость и чистота обработки;

          статическая и динамическая уравновешенность.

Основные положения расчета:

          расчёту подвергается коленвал, как разрезная балка, т.е. рассматривается отдельное колено, оперяющиеся по плоскостям, проходящим через середины соседних коренных шеек;

          колено абсолютно жёсткое;

          колено симметричное;

          коленвал рассматривается по элементам, отдельно коренная шейка, шатунная шейка, щека.

Коленчатые валы отечественных судовых двигателей изготавливают из сталей 45, 45Х, 40ХФА, 42ХМФА, 18Х2Н4ВА и др. Поверхности шеек стальных валов в целях повышения их твердости и износостойкости подвергаются азотированию на глубину 0,5-0,8 мм. Для изготовления коленчатых валов судовых двигателей довольно широко используются литые валы из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Преимуществом чугунных валов является их меньшая стоимость и возможность снижения припусков на механическую обработку. Поверхности шеек чугунных валов обрабатываются токами высокой частоты.

Принимаем материал: чугун ВЧ45-0.

Порядок работы цилиндров 1-5-3-6-2-4

.         ВМТ, нагружающей силой является сила P_z;

.         положение при Т=Т_max;

.         набегающий момент на колено максимален;

.         положение, при котором сила S по шатуну максимальна.

Рис. 7 Расчетная схема коленчатого вала

R=0,225 м. Fп=0,1017м

dк=0,255 м d_ш=0,225 м

l =0,2475 м а₁= 0,165 м

h=0,645 м b=0,09 м

4.1.5 Расчет шатунной шейки

Шатунные шейки рассчитывают на кручение и изгиб.

Расчет на кручение

Максимальный и минимальный набегающие моменты:

Максимальный и минимальный крутящие моменты:

Момент сопротивления шатунной шейки кручению:

Максимальное и минимальное касательные напряжения:

Среднее напряжение и амплитуда напряжений:

Коэффициент учитывающий масштабный фактор:

Коэффициент концентраций напряжений:

Коэффициент динамичности:

Предел выносливости:

Предел прочности:

Коэффициент чувствительности асимметрии цикла:

Запас прочности:

Запас прочности не превышает допустимые значения

Расчет на изгиб

Расчет ведется для сечений 1 и 3.

Определим реакции:

Изгибающий момент в плоскости колена:

Изгибающий момент в плоскости, перпендикулярной плоскости колена:

Изгибающий момент в направлении масляного канала:

Изгибающий момент в направлении галтельного перехода:

К расчету изгиба шатунной шейки

Таблица 5.

Выбираем максимальные и минимальные значения моментов

Сечение 1

Момент сопротивления шатунной шейки кручению:

Максимальное и минимальное напряжения изгиба:

Среднее напряжение и амплитуда напряжений:

Коэффициент концентраций напряжений:

Коэффициент учитывающий масштабный фактор:

Предел выносливости:

Предел прочности:

Коэффициент чувствительности асимметрии цикла:

Запас прочности:

Запас прочности не превышает допустимые значения

Сечение 3

Максимальное и минимальное напряжения изгиба:

Среднее напряжение и амплитуда напряжений:

Коэффициент концентраций напряжений:

Коэффициент учитывающий масштабный фактор:

Предел выносливости:

Предел прочности:

Коэффициент чувствительности асимметрии цикла:

Запас прочности:

Запас прочности не превышает допустимые значения

4.1.6 Расчет щеки

Щека испытывает напряжения растяжения - сжатия, изгиба и кручения.

Размеры щеки: